Thép là hợp kim của sắt chứa 

I. Gang

1. Khái niệm

- Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó có từ 2-5% khối lượng cacbon, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, S,...

- Gang cứng và giòn hơn sắt. 

Nắp cống bằng gang

2. Phân loại

- Có hai loại gang là gang trắng và gang xám.

a) Gang xám

- Gang xám chứa cacbon ở dạng than chì.

- Gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa.

b) Gang trắng

- Gang trắng có chứa ít cacbon hơn và cacbon chủ yếu ở dạng xementit (Fe₃C).

- Gang trắng có màu sáng hơn gang xám và được dùng để luyện thép.

3. Sản xuất gang

a) Nguyên tắc

Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.

b) Nguyên liệu: 

Quặng sắt oxit (thường là quặng hemantit đỏ Fe₂O₃), than cốc và chất chảy (CaCO₃ hoặc SiO₂).

c) Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện sắt thành gang

-  Phản ứng tạo thành chất khử CO:

C + O₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ CO₂

C + CO₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ 2CO

- Phản ứng khử sắt oxit:

+ Phần trên thân lò có nhiệt độ khoảng 400^oC xảy ra phản  ứng:

          3Fe₂O₃ + CO $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ 2Fe₃O₄ + CO₂

+ Phần giữa thân lò có nhiệt độ khoảng 500 – 600^oC xảy ra phản ứng:

          Fe₃O₄ + CO $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$3FeO + CO₂

+ Phần dưới thân lò có nhiệt độ khoảng 700 – 800^oC xảy ra phản ứng:

          FeO + CO $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ Fe + CO₂

- Phản ứng tạo xỉ:

Ở phần bụng lò, nơi có nhiệt độ khoảng 1000^oC. Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO₂ có trong quặng tạo thành xỉ.

CaO + SiO₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ CaSiO₃

Các phản ứng hóa học xảy ra trong lò gang

d) Sự tạo thành gang

- Ở phần bụng lò, có nhiệt độ khoảng 1500^oC, sắt nóng chảy có hòa tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn … tạo thành gang.

- Gang nóng chảy tích tụ ở nồi lò, sau một thời gian nhất định người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò cao.

II. Thép

1. Khái niệm

- Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 – 2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni …).

Bồn chứa bằng thép không gỉ.

2. Phân loại

Dựa vào thành phần hóa học và tính chất cơ học, có thể phân thép thành hai nhóm chính:
a) Thép thường (hay thép cacbon): chứa ít cacbon, silic, mangan và rất ít lưu huỳnh, photpho. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon.

- Thép cứng chứa trên 0,9%C, thép mềm không quá 0,1%C.

- Loại thép này thường được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, chế tạo các vật dụng trong đời sống.

b) Thép đặc biệt: là thép có chứa thêm các nguyên tố khác như: Si, Mn, Cr, Ni, W, V,... Thép đặc biệt có những tính chất cơ học, vật lí rất quý. Ví dụ:

- Thép chứa 13% Mn rất cứng, được dùng làm máy nghiền đá.

- Thép chứa khoảng 20% Cr và 10% Ni rất cứng, không gỉ được dùng làm dụng cụ gia đình (thìa, dao …) và dụng cụ y tế …

3. Sản xuất thép :

a) Nguyên tắc: giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn,… có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

b) Các Phương pháp luyện thép:

+) Phương pháp Bet-xơ-me.

- Luyện thép trong lò thổi hình quả lê, vỏ ngoài bằng thép, bên trong lát gạch chịu lửa đi – nat. Luồng không khí mạnh thổi vào gang lỏng, đốt cháy các tạp chất trong gang  thành thép trong thời gian ngắn.

- Nhược điểm của phương pháp Bet – xơ – me là không luyện được thép từ gang chứa nhiều photpho và không luyện được thép có thành phần theo ý muốn.

Sơ đồ lò thổi

+) Phương pháp Mac-tanh.

Ưu điểm của phương pháp này là có thể kiểm soát được tỉ lệ các nguyên tố trong thép và bổ sung các nguyên tố cần thiết khác như Mn, Ni, Cr, Mo, W, V,... Do vậy, có thể luyện được những loại thép có chất lượng cao, theo ý muốn.

Sơ đồ lò Mac – tanh

+) Phương pháp lò điện:

- Trong lò điện, các thanh than chì là một điện cực, gang được dùng như là điện cực thứ hai. Hồ quang sinh ra giữa chúng tạo được nhiệt độ cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so với các loại lò trên.

- Phương pháp lò hồ quang điện có ưu điểm là luyện được những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chảy như vonfam, molipđen, crom và loại được hầu hết những nguyên tố có hại cho thép như lưu huỳnh, photpho.

- Nhược điểm của lò hồ quang điện là dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi mẻ thép ra lò không lớn.